La interpretación de un artista del grosor, transición metal-aislante en películas subnanométricas de un niquelato de lantano. Los átomos de níquel se muestran en oro, átomos de oxígeno en blanco, y átomos de lantano en rojo, y la metalicidad se logra al pasar de dos a tres capas atómicas. Crédito:Haofei Wei
(Phys.org) —Los dispositivos electrónicos que se encogen constantemente podrían llegar a dimensiones atómicas con la ayuda de óxidos de metales de transición, una clase de materiales que parece tenerlo todo:superconductividad, magnetorresistencia y otras propiedades exóticas. Estas posibilidades tienen a los científicos entusiasmados por comprender todo sobre estos materiales, y encontrar nuevas formas de controlar sus propiedades en los niveles más fundamentales.
Investigadores del Laboratorio Nacional de Cornell y Brookhaven han demostrado cómo cambiar un óxido de metal de transición en particular, un niquelato de lantano (LaNiO 3 ), de un metal a un aislante haciendo que el material tenga menos de un nanómetro de espesor.
El equipo, que publicó sus hallazgos en la edición de abril de Nanotecnología de la naturaleza , incluye al investigador principal Kyle Shen, profesor asociado de física; primer autor Phil King, un becario postdoctoral Kavli reciente en Cornell ahora en la facultad de la Universidad de St. Andrews; Darrell Schlom, el profesor Herbert Fisk Johnson de Química Industrial; y coautores Haofei Wei, Yuefeng Nie, Masaki Uchida, Carolina Adamo, y Shabo Zhu (Cornell), y Xi He e Ivan Božović (Laboratorio Nacional de Brookhaven).
Usando una técnica de crecimiento extremadamente precisa llamada epitaxia de haz molecular (MBE), King sintetizó muestras atómicamente delgadas del niquelato de lantano y descubrió que el material cambia abruptamente de un metal a un aislante cuando su espesor se reduce a menos de 1 nanómetro. Cuando se cruza ese umbral, su conductividad, la capacidad de los electrones para fluir a través del material, se apaga como una luz, una característica que podría resultar útil en conmutadores o transistores a nanoescala, Dijo Shen.
Usando un sistema único en su tipo en Cornell, que integra el crecimiento de la película MBE con una técnica llamada espectroscopia de fotoemisión resuelta en ángulo (ARPES), King y sus colegas trazaron un mapa de cómo los movimientos y las interacciones de los electrones en el material cambiaron a través de este umbral, variando el espesor de sus películas de óxido átomo a átomo. Descubrieron que cuando las películas tenían menos de 3 átomos de níquel de espesor, los electrones formaron un inusual orden a nanoescala, similar a un tablero de ajedrez.
Los resultados demuestran la capacidad de controlar las propiedades electrónicas de los óxidos de metales de transición exóticos a escala nanométrica. además de revelar las sorprendentes interacciones cooperativas que gobiernan el comportamiento de los electrones en estos materiales ultrafinos. Su descubrimiento allana el camino para la fabricación de nuevos dispositivos electrónicos avanzados a partir de óxidos.
